建筑工程用混雜纖維對(duì)混凝土性能的影響研究

1、最新【精品】范文 參考文獻(xiàn) 專業(yè)論文建筑工程用混雜纖維對(duì)混凝土性能的影響研究建筑工程用混雜纖維對(duì)混凝土性能的影響研究摘要：本文就工程用混雜纖維對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行了初步 分析和探討。關(guān)鍵詞：混雜纖維 混凝土 性能 研究混凝土材料雖然具有很高的抗壓強(qiáng)度、 較大的剛度以及較好的耐 久性，但是它是一種拉壓比很小的準(zhǔn)脆性材料， 因而給復(fù)雜的混凝土 結(jié)構(gòu)工程增添了許多不安全因素。采用纖維作為增韌材料的歷史至少 可以追溯到古埃及時(shí)代，然而纖維增強(qiáng)混凝土作為一種新型復(fù)合材料 卻是從20世紀(jì)70年代才發(fā)展起來(lái)的。纖維增強(qiáng)混凝土材料在經(jīng)過(guò)了 幾十年的發(fā)展，不論是在纖維品種，還是纖維增強(qiáng)機(jī)理研究以及纖維 混凝土

2、的推廣應(yīng)用上，都有了十足的長(zhǎng)進(jìn)?；炷敛牧鲜且环N多相、 多結(jié)構(gòu)、多層次非均質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。該復(fù)合材料從相角度上可以分 為基相、分散相、結(jié)合相；從組織結(jié)構(gòu)上可以分為三級(jí)，即:混凝土、 砂漿、凈漿；從尺寸層次上，它有小到微米級(jí)的 CSH粗到毫米級(jí)的 砂子、大到厘米級(jí)的石子。理論上，如果只是摻入單一纖維，勢(shì)必僅 能改善某一相、某一結(jié)構(gòu)、某一層次上的性能；因此若要綜合提高混 凝土的整體性能，所摻入纖維也應(yīng)是多層次混雜的。 采用單一纖維增 強(qiáng)混凝土材料，可以通過(guò)提高纖維體積率、增加纖維長(zhǎng)徑比、提高纖 維與基材的粘結(jié)力等方法，但是這些方法往往又受到限制，如：提高 纖維摻量、增加長(zhǎng)徑比會(huì)受到現(xiàn)有攪拌工藝的限

3、制，易發(fā)生纖維結(jié)團(tuán) 分散不均的現(xiàn)象。而且一種纖維往往只能在某些有限的方面發(fā)揮自己 的優(yōu)點(diǎn)，不可能面面俱到，女口：低彈模纖維雖然增強(qiáng)效果并不十分理 想，卻能顯著提高混凝土的延性和韌性。采用單一纖維增強(qiáng)混凝土很 難達(dá)到既增強(qiáng)又增韌的理想效果，而多種纖維混雜可以彌補(bǔ)單一纖維 的不足，充分發(fā)揮各種纖維的優(yōu)點(diǎn)達(dá)到逐級(jí)阻裂和強(qiáng)化的功能。一、混雜纖維對(duì)混凝土高溫性能的影響一般認(rèn)為混凝土受熱爆裂的過(guò)程，就是混凝土中水分從混凝土內(nèi) 部逸出的過(guò)程.隨著溫度的升高，混凝土強(qiáng)度損失的速率增加，600度時(shí)強(qiáng)度會(huì)損失50% 800度時(shí)強(qiáng)度損失在80%左右.對(duì)于高強(qiáng)度混凝 土，由于其密實(shí)度高，孔隙率低，蒸發(fā)通道不暢，使水不

4、能足夠快地 逸出，從而產(chǎn)生幾乎達(dá)到飽和蒸汽壓的過(guò)高蒸汽分壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)混凝 土抗張強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土不能抵御這種過(guò)大的內(nèi)部壓力而發(fā)生爆裂.水的熱動(dòng)力學(xué)也表明，孔中壓力增加將導(dǎo)致表面保護(hù)層的爆炸性破 壞。高性能混凝土加入混雜纖維后，情況發(fā)生了變化當(dāng)溫度為180 度，混凝土還處于自蒸階段時(shí)，內(nèi)部壓力還不大，由于聚丙烯纖維的 熔點(diǎn)極低，在該溫度下已經(jīng)熔化，但因其液態(tài)體積遠(yuǎn)小于固態(tài)所占空 間，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細(xì) 小而量又多，使得混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強(qiáng)， 為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)提供了通道， 也就緩解了由于水分膨脹 所形成的分壓，使內(nèi)部壓力大大降

5、低，從而防止了爆裂的產(chǎn)生.此外, 混凝土中加入的鋼纖維卻能發(fā)揮其抗拉作用，當(dāng)溫度達(dá)到450度時(shí)，雖異形鋼纖維與混凝土間的粘結(jié)力將降低 20%以上，但在一定程度上 仍對(duì)混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展起約束作用，這就使得混凝土完整 性在一定程度上仍能保持，并使得混凝土強(qiáng)度的降低幅度不大， 高溫 后仍有較高的強(qiáng)度，但混凝土的耐久性則由于混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的改 變而大大降低。二、混雜纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響一般認(rèn)為，鋼纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度改善不大； 而低彈性 模量的聚丙烯纖維只改善混凝土的抗沖擊性能，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度基 本沒(méi)有影響。對(duì)于混雜纖維增強(qiáng)混凝土，已有的研究表明，纖維混雜 可提高混凝土的抗壓

6、強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度，但不同纖維混雜方 式提高的幅度存在較大的差別。纖維在混凝土中主要起橋接裂縫的作用.當(dāng)混凝土出現(xiàn)較小裂縫 時(shí)，混雜纖維中的高彈性模量鋼纖維通過(guò)其與混凝土間的粘結(jié)力及機(jī) 械咬合力而發(fā)揮了最佳的增強(qiáng)作用；當(dāng)混凝土出現(xiàn)較大裂縫時(shí)，鋼纖 維與混凝土間的粘結(jié)力和機(jī)械咬合力下降很多， 此時(shí)低彈性模量的改 性聚丙烯纖維在發(fā)生大的變形后開(kāi)始發(fā)揮其增強(qiáng)增韌作用?；炷量?折強(qiáng)度的顯著提高顯示了纖維混雜的良好效果。 但當(dāng)改性聚丙烯纖維 含量較多時(shí)，由于其彈性模量較混凝土低，故此時(shí)混雜纖維對(duì)混凝土 的約束增強(qiáng)作用有限，而且改性聚丙烯纖維在受力變形后其截面迅速 收縮，這將導(dǎo)致其與混凝土間的粘結(jié)

7、面減少， 又進(jìn)一步削弱了其增強(qiáng) 作用.不同尺度和不同性質(zhì)的纖維混雜，則充分發(fā)揮了纖維的尺度和 性能效應(yīng)，使纖維可在混凝土中逐級(jí)阻裂，從而達(dá)到進(jìn)一步增強(qiáng)的目 的。三、混雜纖維對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響目前大部分人認(rèn)為纖維的摻入可提高混凝土的抗?jié)B性能， 原因是 摻入纖維后，由于纖維的彈性模量相對(duì)高于凝結(jié)初期混凝土基體的彈 性模量，增加了混凝土塑性和硬化初期的抗拉強(qiáng)度， 從而有效地抑制 了混凝土早期收縮裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展， 降低了混凝土的孔隙率；同時(shí) 纖維使混凝土基體的失水面積減小， 水分遷移困難，從而使毛細(xì)管因 失水收縮所形成的毛細(xì)管張力減小，提高了混凝土的抗?jié)B性。但也有 人認(rèn)為，纖維的加入增加了混凝土

8、中的界面， 導(dǎo)致了混凝土中孔隙率 的提高，從而使混凝土的抗?jié)B性在摻入纖維后下降。 纖維對(duì)混凝土抗 滲性能的影響分有利和不利兩個(gè)部分，誰(shuí)起控制作用纖維混凝土就顯 現(xiàn)相應(yīng)的效果。纖維的有利作用如上所述，而不利作用主要是纖維增 加了混凝土中的界面.一方面，增加的纖維界面占用了大量的水泥漿， 使混凝土的流動(dòng)性降低，從而導(dǎo)致混凝土密實(shí)性下降，混凝土孔隙率 增加；另一方面，定量的水泥漿包裹更多的骨料和纖維，其界面必然 要比只包裹骨料的界面薄弱，容易形成微裂縫；此外，未完全水化的 水在混凝土內(nèi)形成毛細(xì)孔，由于有較大的孔隙率，所以更容易通過(guò)毛 細(xì)孔與其他孔隙相連形成連通孔，這樣就大大提高了混凝土的滲水 性。四

9、、混雜纖維對(duì)混凝土收縮性能影響纖維在混凝土硬化收縮和自由水分揮發(fā)收縮時(shí)， 能夠阻止微裂縫 的發(fā)展，有效抑制混凝土的早期干縮裂紋和離析裂紋產(chǎn)生和發(fā)展， 大 大提高混凝土抗裂、抗?jié)B性能。馬一平教授等就三種不同幾何形態(tài)聚 丙烯纖維對(duì)水泥基材料的抗塑性干縮開(kāi)裂性能的影響做了比較研究， 研究結(jié)果表明三種聚丙烯纖維均能改善抗塑性干縮開(kāi)裂性能，但是改善效果大小與纖維幾何形狀和摻量大小密切相關(guān)。 纖維材料確實(shí)可以 在不同程度上改善水泥基材料的抗塑性干縮開(kāi)裂性能。不論是單摻某種纖維還是纖維間的混摻， 都能夠明顯降低混凝土 的收縮率；但是纖維混雜的效果明顯優(yōu)于單摻效果， 充分體現(xiàn)了纖維 混雜的限縮效應(yīng)，且該限縮效

10、應(yīng)的大小與纖維混雜種類、纖維體積摻 量大小等因素密切相關(guān)。雖然可以通過(guò)纖維材料改善水泥基材料的抗 收縮性能，從而達(dá)到改善其抗?jié)B性能的目的； 但是不能忽視在引入纖 維的同時(shí)也在水泥基材內(nèi)部增加了許多界面， 具有劣化作用，因此存 在纖維最佳摻量問(wèn)題。而纖維混雜同樣也存在著纖維混雜正負(fù)效應(yīng)， 這與纖維品種、纖維間比例大小、纖維摻量等因素密切相關(guān)。雖然聚 丙烯纖維對(duì)混凝土具有抗塑性開(kāi)裂的作用，但是這一作用能否起到改 善混凝土抗?jié)B性能，還應(yīng)取決于它引入的界面劣化作用的大小。五、結(jié)語(yǔ)目前，對(duì)于混雜纖維混凝土的研究處于起步階段，對(duì)于力學(xué)、物 理性能積累的數(shù)據(jù)比較有限，特別是耐久性能的研究。其在工程上特 別是結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用則